Naprendszerünkön túl' Frost Line ” – az a régió, ahol az illékony anyagok, mint a víz, az ammónia és a metán elkezd megfagyni – négy hatalmas bolygó található. Bár ezek a bolygók – a Jupiter, a Szaturnusz, az Uránusz és a Neptunusz – méretüket, tömegüket és összetételüket tekintve eltérőek, mindegyikük bizonyos jellemzőkkel bír, amelyek miatt nagymértékben eltérnek a bolygóktól. földi bolygók a belső Naprendszerben található.
A hivatalosan gáz- (és/vagy jég-) óriásoknak nevezett világokat „jovi bolygóknak” is nevezik. Az olyan kifejezésekkel felváltva használva, mint a gázóriás és az óriásbolygó, a név olyan világokat ír le, amelyek lényegében „Jupiter-szerűek”. És bár a Naprendszer négy ilyen bolygót tartalmaz, a Naprendszeren kívüli felmérések több száz Jovian bolygót fedeztek fel, és ez még csak most…
Meghatározás:
A Jovian kifejezés a Jupiterből, a legnagyobb közül származik Külső bolygók és az első, amelyet távcső segítségével figyeltek meg – által Galileo Galilei 1610-ben . Nevét a római istenkirályról – Jupiterről vagy Jove-ról – kapta, a Jovian jelző mindent jelent, ami Jupiterhez köthető; és tágabb értelemben egy Jupiter-szerű bolygó.
A Naprendszer óriásbolygói (más néven a joviak). Kredit: spiff.rit.edu
A Naprendszeren belül négy Jovian bolygó létezik – a Jupiter, a Szaturnusz, az Uránusz és a Neptunusz. A Jovian névre keresztelt bolygó tehát egy gázóriás, amely elsősorban hidrogénből és héliumból áll, és különböző fokú nehezebb elemeket tartalmaz. Amellett, hogy nagy holdrendszereik vannak, ezeknek a bolygóknak mindegyiknek megvan a sajátja gyűrűrendszerek is.
A gázóriások másik közös jellemzője a felszín hiánya, legalábbis a földi bolygókhoz képest. A tudósok minden esetben úgy határozzák meg a gázóriás „felszínét” (a hőmérséklet és a légnyomás meghatározása érdekében), ahol a légköri nyomás meghaladja az egy bart (a Földön a tengerszinten található nyomás).
Felépítés és összetétel:
Naprendszerünk gázóriásai minden esetben elsősorban hidrogénből és héliumból állnak, a maradékot pedig nehezebb elemek veszik fel. Ezek az elemek egy olyan szerkezetnek felelnek meg, amely különbséget tesz a molekuláris hidrogénből és héliumból álló külső réteg között, amely folyékony (vagy fémes) hidrogénből vagy illékony elemekből álló réteget vesz körül, és egy valószínűleg sziklás összetételű megolvadt mag között.
Szerkezetük és összetételük különbözősége miatt a négy gázóriást gyakran megkülönböztetik, a Jupitert és a Szaturnuszt a „gázóriások” közé sorolják, míg az Uránuszt és a Neptunuszt a „jégóriások” közé. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a Neptunusz és az Uránusz belsejében magasabb metánkoncentráció és nehezebb elemek – például oxigén, szén, nitrogén és kén – találhatók.
Az óriásbolygók belső modelljei szilárd és gáznemű burokkal borított sziklás magokat mutatnak be. Köszönetnyilvánítás: NASA/JPL
A földi bolygókkal éles ellentétben a gázóriások sűrűsége valamivel nagyobb, mint a vízé (1 g/cm³). Ez alól az egyetlen kivétel a Szaturnusz, ahol az átlagos sűrűség valójában kisebb, mint a víz (0,687 g/cm).3). A hőmérséklet és a nyomás minden esetben drámaian megnő, minél közelebb merészkedünk a maghoz.
Légköri viszonyok:
Felépítésükhöz és összetételükhöz hasonlóan a négy gáz/jégóriás légköre és időjárási mintázata is meglehetősen hasonló. Az elsődleges különbség az, hogy a légkör fokozatosan lehűl, minél távolabb kerül a Naptól. Ennek eredményeként minden Jovian bolygónak különálló felhőrétegei vannak, amelyek magasságát a hőmérsékletük határozza meg, így a gázok folyékony és szilárd halmazállapotúvá kondenzálódhatnak.
Röviden, mivel a Szaturnusz bármely magasságban hidegebb, mint a Jupiter, felhőrétegei mélyebben találhatók a légkörében. Az Uránusz és a Neptunusz még alacsonyabb hőmérsékletüknek köszönhetően képes visszatartani a kondenzált metánt nagyon hideg troposzférájában, míg a Jupiter és a Szaturnusz nem.
Ennek a metánnak a jelenléte adja az Uránusz és a Neptunusz homályos kék színét, ahol a Jupiter narancssárga-fehér megjelenésű a hidrogén keveredése miatt (ami vörös megjelenést kölcsönöz), míg a foszfor, a kén és a szénhidrogének feláramlása eredményez. foltos foltok és ammóniakristályok fehér sávokat hoznak létre.
A Jupiter és a Szaturnusz hasonló megjelenésűek, hasonló összetételüknek és légkörüknek köszönhetően. Köszönetnyilvánítás: NASA/GSFC
A Jupiter légkörét a magasság növekedése alapján négy rétegre osztják: troposzféra, sztratoszféra, termoszféra és exoszféra. A hőmérséklet és a nyomás a mélységgel növekszik, ami az emelkedő konvekciós sejtek megjelenéséhez vezet, amelyek magukkal hordozzák a foszfort, ként és szénhidrogéneket, amelyek kölcsönhatásba lépnek az UV-sugárzással, hogy a felső légkör foltos megjelenését adja.
A Szaturnusz légköre összetételében hasonló a Jupiteréhez. Ezért hasonló a színe, bár a sávjai sokkal halványabbak és sokkal szélesebbek az Egyenlítő közelében (halvány arany színt eredményezve). A Jupiter felhőrétegeihez hasonlóan ezek is fel vannak osztva felső és alsó rétegekre, amelyek összetétele a mélységtől és a nyomástól függően változik. Mindkét bolygón vannak felhők is ammónia kristályok felső légkörükben lehetséges vékony réteggel vízfelhők mögöttük.
Az Uránusz légköre három részre osztható: a legbelső sztratoszférára, a troposzférára és a külső termoszférára. A troposzféra a legsűrűbb réteg, és történetesen a leghidegebb a Naprendszerben . A troposzférán belül felhőrétegek, felül metánfelhők, ammónium-hidrogén-szulfid-felhők, ammónia- és hidrogén-szulfid-felhők, valamint vízfelhők a legalacsonyabb nyomáson.
A következő a sztratoszféra, amely etán szmogot, acetilént és metánt tartalmaz, és ezek a ködök segítenek felmelegíteni a légkör ezen rétegét. Itt a hőmérséklet jelentősen megemelkedik, nagyrészt a napsugárzás miatt. A legkülső réteg (a termoszféra és a korona) egyenletes hőmérséklete 800-850 (577 °C/1070 °F), bár a tudósok nem biztosak az okában.
Az Uránusz és a Neptunusz, a Naprendszer jégóriás bolygói. Jóváírás: Wikipedia Commons
Ez az, amiben az Uránusz osztozik a Neptunusszal, amely szintén szokatlanul magas hőmérsékletet tapasztal a termoszférájában (körülbelül 750 K (476,85 °C/890 °F). Az Uránuszhoz hasonlóan a Neptunusz is túl messze van a Naptól ahhoz, hogy ezt a hőt a termoszférán keresztül termelje ki) ultraibolya sugárzás elnyelése, ami azt jelenti, hogy egy másik fűtési mechanizmus is érintett.
A Neptunusz légköre is túlnyomórészt hidrogénből és héliumból áll, kis mennyiségű metánnal. A metán jelenléte része annak, ami a Neptunusz kék árnyalatát adja, bár a Neptunsé sötétebb és élénkebb. Légköre két fő régióra osztható: az alsó troposzférára (ahol a hőmérséklet a magassággal csökken) és a sztratoszférára (ahol a hőmérséklet a magassággal nő).
Úgy gondolják, hogy az alsó sztratoszféra olyan szénhidrogéneket tartalmaz, mint az etán és az etin, amelyek a metánnak az UV-sugárzással való kölcsönhatása eredményeként jönnek létre, így a Neptunusz légköri homálya keletkezik. A sztratoszférában nyomokban található szén-monoxid és hidrogén-cianid is, amelyek felelősek azért, hogy a Neptunusz sztratoszférája melegebb, mint az Uránuszé.
Időjárási minták:
A Földhöz hasonlóan a Jupiter is tapasztalja auroras északi és déli pólusának közelében. De a Jupiteren az aurális tevékenység sokkal intenzívebb, és ritkán áll meg. Ezek a Jupiter intenzív sugárzásának, a mágneses mezőnek és a Jupiter ionoszférájával reakcióba lépő Io vulkánokból származó anyagbőségnek az eredménye.
Bjorn Jonsson 1979-ben a Voyager 1 által készített, a Nagy Vörös Foltról készített, újra feldolgozott képe hihetetlenül sok részletet tár fel. Köszönetnyilvánítás: NASA/JPL
Jupiter is tapasztal heves időjárási minták . A 100 m/s (360 km/h) szélsebesség jellemző a zónafúvókákban, és elérheti a 620 km/h (385 mph) sebességet is. A viharok órákon belül kialakulnak, és egyik napról a másikra több ezer km átmérőjűvé válhatnak. Egy vihar, a Nagy Vörös Folt , legalábbis az 1600-as évek vége óta tombol.
A vihar története során egyre zsugorodott és kiterjedt; de 2012-ben felmerült, hogy az Óriás Vörös Folt végül eltűnhet . A Jupiter időnként felvillanásokat is tapasztal villám a légkörében , amely akár ezerszer akkora erejű lehet, mint az itt, a Földön megfigyeltek.
A Szaturnusz légköre hasonló, időnként hosszú életű oválisokat mutat, amelyek több ezer kilométer szélesek lehetnek. Jó példa erre a Nagy fehér folt (más néven Great White Oval), egyedülálló, de rövid életű jelenség, amely 30 földi évenként egyszer fordul elő. 2010 óta egy nagy fehér felhősáv az úgynevezett Északi elektrosztatikus zavar A Szaturnuszt körülölelő megfigyelések szerint 2020-ban egy másik követi.
A Szaturnusz szelei a második leggyorsabbak a Naprendszer bolygói között, amelyek a mért csúcssebességet elérték az 500 m/s-t (1800 km/h). A Szaturnusz északi és déli pólusa is viharos időjárásra utalt. Az északi sarkon ez a formát ölti tartós hatszögletű hullámmintázat körülbelül 13 800 km (8 600 mérföld) méréssel, és 10 óra 39 perc 24 másodperces forgási idővel.
A Szaturnusz gyönyörűen csíkos díszt készít ezen a természetes színű képen, amelyen látható az északi sarki hatszög és a központi örvény. Köszönetnyilvánítás: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute
A déli pólus örvénye láthatóan sugársugár formáját ölti, de nem hatszögletű állóhullámot. Ezek a viharok a becslések szerint 550 km/h sebességű szelet generálnak, méretük a Földéhez hasonlítható, és feltehetően évmilliárdok óta tartanak. 2006-ban a Cassini űrszonda hurrikánszerű vihart figyeltek meg amelynek világosan meghatározott szeme volt. Ilyen viharokat a Földön kívül egyetlen bolygón sem figyeltek meg – még a Jupiteren sem.
Az Uránusz időjárása hasonló mintát követ, ahol a rendszerek a bolygó körül forgó sávokra bomlanak fel, amelyeket a felső légkörbe felszálló belső hő hajt. Az Uránuszon a szelek elérhetik a 900 km/órát (560 mérföld/órás) is, és olyan hatalmas viharokat keltenek, mint amilyet a Hubble Űrteleszkóp észlelt 2012-ben. Hasonlóan a Jupiter Nagy Vörös Foltjához, ez a ' Sötét folt ” egy óriási felhőörvény volt, amelynek mérete 1700 kilométer x 3000 kilométer (1100 mérföld x 1900 mérföld).
Mivel a Neptunusz nem szilárd test, légköre differenciális forgáson megy keresztül, széles egyenlítői zónája lassabban forog, mint a bolygó mágneses tere (18 óra vs. 16,1 óra). Ezzel szemben a sarkvidékekre fordítva igaz, ahol a forgási periódus 12 óra. Ez a differenciális forgás a legkifejezettebb a Naprendszer bolygói közül, és erős szélességi szélnyírást és heves viharokat eredményez.
A Voyager 2 képeinek rekonstrukciója, amelyek a Nagy Dark Foltot (bal fent), a Scootert (középen) és a Small Dark Spotot (jobbra lent) mutatják. Köszönetnyilvánítás: NASA/JPL
Az első, amit észleltek, egy hatalmas, 13 000 x 6 600 km méretű anticiklonális vihar volt, amely a Jupiter Nagy Vörös Foltjára emlékeztet. Az úgynevezett Nagy sötét folt , ezt a vihart öt később (1994. november 2-án) nem észlelték, amikor a Hubble Űrteleszkóp kereste. Ehelyett egy új, megjelenésében nagyon hasonló vihart találtak a bolygó északi féltekén, ami arra utal, hogy ezeknek a viharoknak rövidebb az élettartama, mint a Jupiternek.
Exobolygók:
A jelenlegi módszereink által támasztott korlátok miatt a legtöbb a exobolygók olyan felmérések fedezték fel eddig Kepler űrobszervatórium méretűek a Naprendszer óriásbolygóihoz. Mivel ezekről a nagy bolygókról azt a következtetést vonják le, hogy több közös vonásuk van a Jupiterrel, mint a többi óriásbolygóval, sokan a „Joviai bolygó” kifejezést használták leírásukra.
A Jupiternél nagyobb tömegű bolygók közül sokat „szuper-Jupiternek” is neveztek a csillagászok. Az ilyen bolygók a bolygók és a bolygók közötti határvonalon léteznek barna törpe csillagok , az univerzumunkban létező legkisebb csillagok. Akár 80-szor nagyobb tömegűek is lehetnek, mint a Jupiter, de méretük még mindig összehasonlítható, mivel erősebb gravitációjuk egyre sűrűbb, tömörebb gömbbé préseli össze az anyagot.
A művész elképzelése a „Hot Jupiter” HD 149026b exobolygóról. Köszönetnyilvánítás: NASA/JPL-Caltech
Azokat a szuper-jupitereket, amelyek szülőcsillagaiktól távol keringenek, „Hideg Jupitereknek”, míg azokat, amelyek közel keringenek, „Forró Jupitereknek” nevezik. Meglepően sok Forró Jupitert figyeltek meg exobolygó-felmérések, mivel különösen könnyen észlelhetők a Radial Velocity módszerrel – amely a szülőcsillagok bolygóik hatására bekövetkező oszcillációját méri.
A múltban a csillagászok úgy vélték, hogy a Jupiterhez hasonló bolygók csak a csillagrendszer külső vidékein alakulhatnak ki. A közelmúltban felfedezett számos Jupiter-méretű bolygó azonban, amelyek csillagaik közelében keringenek, kétségbe vonják ezt. A Naprendszerünkön túli joviánusok felfedezésének köszönhetően a csillagászok kénytelenek újragondolni bolygókeletkezési modelljeinket.
Amióta Galileo először figyelte meg a Jupitert a távcsövén keresztül, a Jovi-bolygók végtelenül vonzóak számunkra. És a sok évszázados kutatás és haladás ellenére még mindig sok olyan dolog van, amit nem tudunk róluk. Legújabb kísérletünk a Jupiter felfedezésére, a Juno küldetés , várhatóan meglehetősen érdekes leleteket fog hozni. Reméljük, hogy egy lépéssel közelebb visznek bennünket azoknak az átkozott joviáknak a megértéséhez!
Sok érdekes cikket írtunk a gázóriásokról itt, a Universe Today-ben. Íme a Naprendszer útmutató , A külső bolygók , Mi van egy gázóriás belsejében? , és Mely bolygóknak vannak gyűrűi?
További információkért nézze meg a NASA-t Naprendszer feltárása oldalon és a Science Dailyben a jovi bolygók .
Az Astronomy Cast számos epizódot tartalmaz a Jovian bolygókon, köztük 56. rész: Jupiter .